KR101744339B1 - Surface Acoustic Wave Sensor Device Including Target Biomolecule Isolation Component - Google Patents

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Abstract

타겟 생체분자의 분리 요소를 포함하는 표면탄성파 센서 디바이스에 관한 것으로서, 타겟 생체분자를 포함하는 샘플을 전기영동을 통해 크기로 분리한 후 SAW 센서에 순차적으로 반응시킨다. 즉, 전기영동을 이용하여 생체분자를 분리시킨 후, 분리된 생체분자를 대상으로 SAW 센서에 적용시켜 타겟 생체분자를 검출할 수 있는 장치이다.  The present invention relates to a surface acoustic wave sensor device including a separation element of a target biomolecule, wherein a sample containing a target biomolecule is separated in size through electrophoresis, and then sequentially reacted with the SAW sensor. That is, biomolecules are separated using electrophoresis, and then separated biomolecules are applied to a SAW sensor to detect target biomolecules.

Figure R1020100041383
Figure R1020100041383

Description

타겟 생체분자의 분리요소를 포함하는 표면탄성파 센서 디바이스 {Surface Acoustic Wave Sensor Device Including Target Biomolecule Isolation Component}[0001] The present invention relates to a surface acoustic wave sensor device including a separation element of a target biomolecule,

타겟 생체분자의 분리요소를 포함하는 표면탄성파 센서 디바이스 및 타겟 생체분자의 검출방법에 관한 기술이다. A surface acoustic wave sensor device including a separation element of a target biomolecule, and a detection method of the target biomolecule.

표면탄성파(Surface Acoustic Wave; SAW)란 전자파가 아니라 외부의 열적, 기계적, 전기적 힘에 의한 입자들의 운동으로부터 발생하는 기계적인 파동으로서, 진동에너지의 대부분이 매질의 표면에 집중된다. SAW 센서는 표면탄성파를 이용하여 대상물질의 존부 또는 물성 등을 센싱하는 장치이다. Surface Acoustic Wave (SAW) is a mechanical wave generated from the movement of particles by external thermal, mechanical, and electrical forces, not by electromagnetic waves. Most of the vibration energy is concentrated on the surface of the medium. The SAW sensor is a device for sensing the presence or physical properties of a target material by using a surface acoustic wave.

SAW 센서는 압전 물질로 이루어진 기판 상에 형성되고, 센서 표면에는 소망하는 타겟물질과 특이적인 결합을 갖는 리셉터(Receptor)가 부착되어 있다. 이에, 타겟물질을 포함하는 용액을 SAW 센서에 흘려 보내면 타겟물질과 리셉터와의 물리적, 화학적, 전기적 반응에 의해 파장의 변화가 발생하고, 이에 따른 시그널 변화를 통해 타겟 물질의 함량을 진단, 모니터링 할 수 있다. The SAW sensor is formed on a substrate made of a piezoelectric material, and a receptor having a specific binding with a desired target material is attached to the sensor surface. Thus, when the solution containing the target material is flowed into the SAW sensor, the wavelength is changed by the physical, chemical, and electrical reaction between the target material and the receptor, and the content of the target material is diagnosed and monitored through the signal change .

바이오센서의 경우 단백질, DNA, 바이러스, 박테리아, 동물세포, 조직 등 생체분자의 및 이에 의해 발생된 독소(Toxin) 등의 바이오 산물(Bio products)을 검출한다. 생체분자 등이 센서 표면에 특이적으로 결합하고 이에 따라 센서의 표면 질량이 변화하고 이는 센서의 시그널 변화를 유발한다. 여기서, 센서는 표면의 질량 변화뿐 아니라 유체의 압력 및 매질의 점도, 밀도 등에도 매우 민감하다. In the case of a biosensor, biosensors such as proteins, DNA, viruses, bacteria, animal cells, tissues and toxins generated by the biosensors are detected. Biomolecules, etc. specifically bind to the surface of the sensor, which changes the surface mass of the sensor, which causes a signal change in the sensor. Here, the sensor is very sensitive to not only the mass change of the surface but also the pressure of the fluid and the viscosity and density of the medium.

SAW 디바이스의 파동을 만들기 위한 공진 및 발진 장치는 SAW 디바이스에서 나온 출력 시그널을 다시 SAW 디바이스의 입력 시그널로 인가해주어 SAW 디바이스의 파동 변화를 보는 오실레이션(Oscillation)을 통한 방법과 외부에서 특정 주파수를 만들어서 SAW 디바이스의 입력 IDT로 인가하고 나온 출력 신호(Output signal)을 각각의 주파수에 따른 출력 신호를 Plot하여 변화를 측정하는 방법이 있다.The resonance and oscillation device for making the SAW device wave can be obtained by oscillating the output signal from the SAW device into the input signal of the SAW device again to observe the wave change of the SAW device, There is a method of measuring the change of the output signal applied to the input IDT of the SAW device by plotting the output signal according to each frequency.

일 측면에 따르면, (i) 타겟 생체분자와 동일 또는 유사한 크기를 갖는 생체분자 또는 (ii) 타겟 생체분자와 현저히 다른 크기를 갖는 생체분자를 전기영동 방식을 이용하여 분리하는 분리요소, 및 타겟 생체분자에 특이적으로 결합하는 리셉터가 부착된 SAW 센서를 포함하는 표면탄성파 센서 디바이스가 개시되어 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a biosensor comprising (i) a biomolecule having the same or similar size as the target biomolecule, or (ii) a biomolecule having a size significantly different from that of the target biomolecule, There is disclosed a surface acoustic wave sensor device including a SAW sensor having a receptor that specifically binds to a molecule.

상기 전기영동은 생체분자를 크기에 따라 분리할 수 있는 방식이라면 특별히 제한되지 않으며 예를 들어 겔 전기영동, 모세관 전기영동, 등전 초점화 (Isoelectric focusing) 전기영동, 등속 전기영동(Isotachophoresis) 등을 들 수 있다. The electrophoresis is not particularly limited as long as the biomolecule can be separated according to its size. Examples of the electrophoresis include gel electrophoresis, capillary electrophoresis, isoelectric focusing electrophoresis, and isotachophoresis. have.

하나의 예에서, 상기 분리요소는 제1 버퍼액을 함유하고 제1 전극이 담기는 제1 챔버 및 제2 버퍼액을 함유하고, 제2 전극이 담기는 제2 챔버, 상기 제1 챔버 및 제2 챔버 사이를 연결하는 채널, 상기 제1 챔버 및 제2 챔버 중 적어도 하나에서 채널 측 단부에 형성된 차단벽, 상기 채널의 입구 측에 위치하고 샘플이 로딩되는 샘플챔버 및 상기 채널의 출구 측에 위치하고 채널을 통과한 생체분자가 이송되는 제3 챔버를 포함하고, 상기 SAW 센서는 상기 제3 챔버와 연결된다. In one example, the separation element includes a first chamber containing a first buffer solution and containing a first chamber and a second buffer solution, the second chamber containing a second electrode, the first chamber and the second chamber, A blocking chamber formed at a channel side end of at least one of the first chamber and the second chamber, a sample chamber located at an inlet side of the channel and to which a sample is loaded, and a channel located at an outlet side of the channel, And the SAW sensor is connected to the third chamber.

상기 채널은 1 또는 복수 개이고, 영동용 겔로 충진된 겔 튜브이거나, 모세관일 수 있다. 채널이 복수 개인 경우, 복수 개의 채널들은 서로 같거나 다를 수 있고, 후자의 예로는, 샘플의 종류, 채널의 크기, 채널의 길이, 겔의 성분, 겔의 농도, 및 채널의 코팅물질 중에서 선택된 1 이상이 서로 다르게 이루어진 채널들을 들 수 있다. The channels may be one or a plurality of gel tubes filled with gel for migration, or may be capillaries. In the case of a plurality of channels, the plurality of channels may be the same or different from each other, and examples of the latter may be selected from the group consisting of sample type, channel size, channel length, gel component, gel concentration, These are the different channels.

상기 제3 챔버의 상, 하단에 형성된 상부채널 및 하부채널을 더욱 포함하며, 상기 하부채널에 상기 SAW 센서가 위치하고, 상기 상부채널에 폐기 챔버가 위치할 수 있다. 상기 상부채널 및/또는 하부채널의 단부에는 펌프가 위치할 수 있다. The SAW sensor may further include an upper channel and a lower channel formed at upper and lower ends of the third chamber, and the waste chamber may be located in the upper channel. A pump may be located at the end of the upper channel and / or the lower channel.

상기 SAW 센서는 압전성 기판, 상기 기판 상에 형성된 한 쌍의 IDT(Inter-digital Transducer) 전극, 및 상기 IDT 전극을 덮도록 상기 압전성 기판 상에 형성되어 있고, 타겟 생체분자와 특이적으로 결합하는 리셉터가 결합된 반응막을 포함한다. The SAW sensor includes a piezoelectric substrate, a pair of IDTs (Inter-Digital Transducer) electrodes formed on the substrate, and a plurality of IDT electrodes formed on the piezoelectric substrate to cover the IDT electrodes, And the like.

상기 제3 챔버에는 생체분자를 감지하는 전기센서가 위치할 수 있다. An electrical sensor for sensing biomolecules may be located in the third chamber.

상기 차단벽은 전류를 통과시키지만, 버퍼액으로부터 발생하는 이온 및/또는 기체는 통과시키지 않는 소재로 이루어질 수 있다. The blocking wall may be made of a material that allows current to pass therethrough but does not allow ions and / or gases generated from the buffer solution to pass therethrough.

또 다른 측면에 따르면, 샘플로부터 타겟 생체분자와 동일 또는 유사한 크기를 갖는 생체분자를 분리하거나, 또는 타겟 생체분자와 현저히 다른 크기를 갖는 생체분자를 제외한 생체분자를 분리하는 단계 및 분리된 생체분자들을 타겟 생체분자에 특이적으로 결합하는 리셉터가 부착된 SAW 센서 표면의 반응부에 반응시키는 단계를 포함하는 타겟 생체분자를 검출하는 방법이 개시되어 있다. According to another aspect, there is provided a method for separating a biomolecule having the same or similar size as a target biomolecule from a sample, or separating a biomolecule other than a biomolecule having a size significantly different from that of the target biomolecule, Reacting the target biomolecule with a reaction portion of a surface of a SAW sensor having a receptor that specifically binds to a target biomolecule.

상기 생체분자를 분리하는 단계는 전기영동법에 의해 수행될 수 있다. The step of separating the biomolecules may be performed by an electrophoresis method.

이러한 타겟 생체분자의 검출은 상술한 SAW 센서 디바이스를 이용하여 수행될 수 있다. Detection of such a target biomolecule can be performed using the SAW sensor device described above.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면탄성파 센서의 모식도이다;
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표면탄성파 센서의 모식도이다;
도 3은 타겟 생체분자가 상대적으로 크기가 작은 경우 검출과정의 모식도이다;
도 4는 타겟 생체분자가 상대적으로 크기가 큰 경우 검출과정의 모식도이다;
도 5는 본 발명의 일 예에 따른 SAW 센서의 모식도이다.
1 is a schematic view of a surface acoustic wave sensor according to an embodiment of the present invention;
2 is a schematic view of a surface acoustic wave sensor according to another embodiment of the present invention;
3 is a schematic diagram of a detection process when target biomolecules are relatively small in size;
Figure 4 is a schematic diagram of the detection process when the target biomolecule is relatively large;
5 is a schematic diagram of a SAW sensor according to an example of the present invention.

이하, 본 발명의 이점들과 특징들 및 이를 수행하는 방법들이 하기 실시예들에 대한 상세한 설명 및 첨부된 도면들을 참조함으로써 더욱 용이하게 이해될 수 있을 것이다. 그러나, 본 발명은 많은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 여기서 언급한 실시예들로만 한정되어 구성되는 것은 아니다.
Hereinafter, advantages and features of the present invention and methods of performing the same will be more readily understood by reference to the following detailed description of the embodiments and the accompanying drawings. However, it should be understood that the present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or scope of the invention.

표면탄성파 센서 Surface acoustic wave sensor 디바이스device

일 예에서는, 표면탄성파 센서를 이용하여 타겟 생체분자를 검출할 수 있는 표면탄성파 센서 디바이스가 제공된다. 표면탄성파 센서(이하 'SAW 센서'라고도 함)는 그 표면에 특정 타겟 생체분자에 특이적으로 결합하는 리셉터(receptor)를 고정하고, 샘플 내 존재하는 타겟 생체분자가 이 리셉터에 결합할 때 증가한 표면 질량밀도에 의해 표면파의 속도가 저해되어 그 속도 변화를 통해 타겟 생체분자의 정성 및 정량분석을 하게 된다. In one example, a surface acoustic wave sensor device capable of detecting a target biomolecule using a surface acoustic wave sensor is provided. A surface acoustic wave sensor (hereinafter also referred to as a SAW sensor) fixes a receptor that specifically binds to a specific target biomolecule on its surface and detects an increased surface when the target biomolecule existing in the sample binds to the receptor The velocity of the surface wave is inhibited by the mass density, and qualitative and quantitative analysis of the target biomolecules is performed through the change of the velocity.

그러나 샘플 내 타겟 생체분자 이외의 물질이 SAW 센서 표면과 비특이적으로 결합하는 경우에는 표면탄성파 속도변화가 생겨 검출과정에서 노이즈(Noise)로 작용하게 되는 문제가 있다. 예를 들어, 샘플로 주로 사용되는 혈액 내에는 리셉터로 사용되는 항체가 다량 함유되어 있어 이를 사전에 분리하지 않는 경우 SAW 센서 표면의 리셉터 항체와 타겟 생체분자와의 반응을 저해한다. 항체 이외에도 샘플 내에 단백질 등 기타 물질의 양이 많은 경우 타겟 생체분자의 확산을 방해하여 SAW 표면 리셉터와의 결합 속도를 저해한다. However, when a substance other than the target biomolecule in the sample is non-specifically bound to the surface of the SAW sensor, there is a problem that the surface acoustic wave velocity changes and acts as noise in the detection process. For example, the blood mainly used as a sample contains a large amount of antibody used as a receptor, and if it is not separated in advance, the reaction between the receptor antibody on the surface of the SAW sensor and the target biomolecule is inhibited. In addition to the antibody, when the amount of other substances such as protein is large in the sample, the diffusion of the target biomolecule is disturbed and the binding rate with the SAW surface receptor is inhibited.

이러한 문제를 해결하기 위해 항체를 이용한 친화성 크로마토그래피(Affinity column)를 이용하여 타겟 생체분자를 분리시키는 방법을 사용할 수 있다. 그러나 이 방법은 컬럼에 고정되어 있는 항체와 재분리를 위해 pH를 낮추거나 이온의 농도를 변화시켜 항체의 친화도(Affinity)를 떨어뜨리는 용액을 사용해야 한다. 이는 분리된 타겟 생체분자와 SAW 센서 표면의 항체와의 결합력 또한 저해하여 민감도를 감소시키는 문제를 가지고 있다. To solve this problem, a method of separating a target biomolecule using an affinity column using an antibody can be used. However, this method requires the use of a solution that lowers the affinity of the antibody by lowering the pH or changing the concentration of the ion for re-separation with antibodies immobilized on the column. This also has the problem of reducing the sensitivity of the separated target biomolecules by interfering with the binding force of the antibody on the surface of the SAW sensor.

따라서, 전기영동 방식을 응용하여 샘플 내 타겟 생체분자를 다량의 타물질과 분리하여 SAW 센서에 적용시킬 수 있는 센서 디바이스를 제공한다. 전기영동은 이온성 물질에 전기장을 걸어주면 각각의 전하와 이동도에 따라 일정한 방향과 속도로 이동하는 원리를 이용한다. 이온성 물질의 크기, 모양, 평균 전하량에 따른 표면전하 특성과 수용액의 pH, 농도, 온도 등에 따른 이동도(mobility) 차에 의해 분리되는 기술이다. 이에 따르면, 생체분자의 크기와 전기장에서의 이동성은 로그함수로 반비례한다. 따라서, 크기에 따라 생체분자를 순수하게 분리할 수 있기 때문에 후속 프로세스가 필요 없다. Accordingly, there is provided a sensor device capable of separating a target biomolecule in a sample from a large amount of other substances by applying an electrophoresis method to the SAW sensor. Electrophoresis utilizes the principle that electrons move in a constant direction and speed depending on their charge and mobility when an electric field is applied to an ionic substance. It is a technology that is separated by the mobility difference according to the surface charge characteristic according to the size, shape and the average charge amount of the ionic substance and the pH, concentration and temperature of the aqueous solution. According to this, the size of the biomolecule and the mobility in the electric field are inversely proportional to the logarithmic function. Therefore, since the biomolecule can be separated purely according to its size, no subsequent process is required.

일 예에 따르면 샘플 내 타겟 생체분자의 검출을 위한 센서로서, 타겟 생체분자와 동일 또는 유사한 크기를 갖는 생체분자 또는 타겟 생체분자와 현저히 다른 크기를 갖는 생체분자를 전기영동 방식을 이용하여 분리하는 분리요소 및 타겟 생체분자에 특이적으로 결합하는 리셉터가 부착된 SAW 센서가 일체화된 표면탄성파 센서 디바이스를 제공한다. 즉, 일차적으로 전기영동 장치를 통해 시료 내 다양한 생체분자들을 크기 별로 분리할 수 있고, 이차적으로 분리된 생체분자, 즉, 타겟 생체분자의 크기와 대략 유사한 크기를 갖거나 현저한 크기 차이를 갖지 않는 생체분자들을 대상으로 하여 SAW 센서에서 타겟 생체분자를 검출할 수 있다. According to one example, as a sensor for detecting a target biomolecule in a sample, a biomolecule having the same or similar size as the target biomolecule or a biomolecule having a size significantly different from that of the target biomolecule is separated And a SAW sensor attached with a receptor that specifically binds to the target biomolecule are integrated into the surface acoustic wave sensor device. That is, various biomolecules in the sample can be separated by size primarily through the electrophoresis apparatus, and biomolecules that are separated secondarily, that is, biomolecules having substantially the same size as the target biomolecules or having no significant size difference The target biomolecule can be detected by the SAW sensor on molecules.

전기영동에 의한 분리는 전기장 내에서 서로 다른 시료 성분의 구조나 크기 등 입자의 성질에 따른 이동 속도의 차이에 의해 일어난다. The separation by electrophoresis is caused by the difference in the migration speed depending on the nature of the particles such as the structure and size of the different sample components in the electric field.

전기영동(gel electrophoresis)에서 멤브레인이나 겔을 지지체로 하여 샘플 시료가 이들 사이를 이동하도록 할 수 있다. 지지체의 예는 여과지, 아세트산 셀룰로오스, 아가로스겔, 녹말겔, 아크릴아미드 겔 등을 들 수 있다. In a gel electrophoresis, a sample or a sample can be moved between them by using a membrane or a gel as a support. Examples of the support include filter paper, cellulose acetate, agarose gel, starch gel, acrylamide gel and the like.

여과지는 저렴하고 사용이 편리한 지지체이다. 다만 분리하려는 물질들이 셀룰로오스에 흡착이 잘 되어서 전기영동의 띠들 사이의 경계가 선명하지 못하다. Filter paper is a cheap and easy to use support. However, the boundaries between the strips of electrophoresis are not clear because the substances to be separated are adsorbed well on the cellulose.

아세트산 셀룰로오스 는 아세트산 셀룰로오스의 히드록시기를 아세틸화한 것으로서 분리시간이 짧고 검출이 용이하며 여러 용매에 쉽게 용해되므로 빠르고 쉽게 회수할 수 있다.Acetic acid cellulose is acetylated hydroxy group of cellulose acetate and has a short separation time, is easy to be detected and easily dissolves in various solvents and can be recovered quickly and easily.

아가로스 겔 은 투명하기 때문에 광도계를 쓰는 측정에 적당하며 사용이 간편하다. 특히 슬라이드를 이용하는 면역 전기영동법에 많이 사용되며 한천 겔에서 아가로펙틴(agaropectin)을 제거한 아가로스는 DNA, RNA 및 플라스미드 등을 분리하는 데 유용하게 쓰인다. Because agarose gel is transparent, it is suitable for measurement using a photometer and is easy to use. Agarose, which is widely used for immunoelectrophoresis using slides and has agaropectin removed from agar gel, is useful for isolating DNA, RNA and plasmids.

녹말 겔의 구멍의 크기는 녹말의 종류, 완충용액의 종류 및 pH에 따라 결정되며 분자를 거르는 체의 구실을 한다. 여러 동질효소 (isoenzyme)를 분리하는 데에 널리 사용되고 있다. The size of the pores of the starch gel is determined by the type of starch, the type of buffer solution and the pH, and serves as a sieve for molecular sieving. It is widely used for the isolation of several isoenzymes.

아크릴아미드 겔 은 서로 다른 그물조직을 가진 두 가지 아크릴아미드 겔을 포개어 불연속적인 층을 이루게 하여 사용한다. 이 경우 지지체의 그물조직의 구멍의 크기는 아크릴아미드의 농도를 변화시킴으로써 임의로 바꿀 수가 있다. 상층의 덜 촘촘한 겔은 단백질 같은 하전된 알맹이를 농축하는 역할을 하는 퇴적용 겔(stacking gel)이므로 이 부분을 통과한 시료는 뚜렷한 때를 형성한다. 아크릴아미드 겔은 성분들의 전하에 따라서 분리할 수 있을 뿐 아니라 분자를 질량에만 의존하는 분리가 가능하다. 단백질의 분리, 정제한 단백질의 순도 검정, 단백질의 분자량 측정 그리고 DNA의 염기 결합순서 결정 등에 이용되고 있다. 소량의 시료를 사용하여 단시간에 시료 혼합물을 분리할 수 있는 장점이 있다. The acrylamide gels are used to form a discontinuous layer by superimposing two acrylamide gels having different netting structures. In this case, the size of the hole of the mesh structure of the support body can be arbitrarily changed by changing the concentration of acrylamide. The less dense gel in the upper layer is a stacking gel that serves to concentrate charged particles such as protein, so that the sample passing through this part forms a distinct time. Acrylamide gels are not only able to separate according to the charge of the components, but also can be separated by mass depending on the mass. Separation of proteins, determination of purity of purified proteins, measurement of molecular weight of proteins, and determination of the order of base binding of DNA. There is an advantage that the sample mixture can be separated in a short time using a small amount of the sample.

상기에서 지지체로서 겔을 이용하는 것을 겔 전기영동이라고 한다. 또 다른 측면에서 샘플 시료가 띠 모양으로 나타나는 경우에는 띠 전기영동이라고 한다. 같은 크기를 가진 분자들은 하나의 집단을 형성하여 움직이는데 전기영동하였다면 하나의 띠 모양으로 나타난다. 작은 분자는 큰 분자에 비해 빠른 속도로 이동하기 때문에 결과적으로 서로 다른 크기의 분자들은 겔 상에서 서로 다른 위치에서 띠 모양을 나타내게 된다. 각각의 띠를 이루고 있는 분자들의 크기는 이미 크기를 알고 있는 분자들을 나란하게 전기영동하여 겔 상에 나타난 띠의 상대적인 위치를 비교함으로써 그 크기를 측정할 수 있다. The use of a gel as a support in the above is referred to as gel electrophoresis. On the other side, if the sample is in band, it is called band electrophoresis. Molecules with the same size form a group and move. When they are electrophoresis, they appear as a band. As small molecules move at a faster rate than large molecules, the result is that molecules of different sizes are banded at different positions on the gel. The size of the molecules that make up each band can be measured by comparing the size of the band on the gel by electrophoresis of molecules of known size.

또한, 불연속성 전기영동법(disc electrophoresis) 도 있다. 불연속성 전기영동은 아크릴아미드 겔을 이용하여 단백질들과 같은 하전된 알맹이가 매우 뚜렷한 띠들로 분리될 수 있도록 띠 전기영동법을 변형한 방법이다. 띠 전기영동법과 다른 점은 두 가지 겔을 사용한다는 것과 겔 지지체와 완충용액 탱크에 사용하는 완충계들이 다르다는 것이다. 이 전기영동법을 불연속 겔 전기영동법이라고 하는 이유는 두 겔계에 사용한 수소 이온 농도, 이온의 세기, 완충용액의 조성 및 겔 농도 등이 불연속적이기 때문이다. 이러한 아크릴아미드 전기영동은 해상도가 높아 1개의 염기쌍 차이도 구별할 수 있고, 많은 양의 시료를 다룰 수 있으며, 겔로부터 시료물질의 회수가 쉽다.There is also disc electrophoresis. Discontinuous electrophoresis is a modification of the band electrophoresis method using acrylamide gel so that the charged lobules, such as proteins, can be separated into very distinct strips. The difference from the band electrophoresis method is that two gels are used and that the gel supports and buffer systems used in the buffer solution tank are different. This electrophoresis method is called discontinuous gel electrophoresis because the concentration of hydrogen ions, the intensity of ions, the composition of buffer solution and the gel concentration used in the two gel systems are discontinuous. Such acrylamide electrophoresis can distinguish one base pair difference due to its high resolution, can handle a large amount of sample, and can easily recover the sample material from the gel.

전기영동은 겔 전기영동 이외에도, 모세관 전기영동, 등전 초점화 (Isoelectric focusing) 전기영동, 등속 전기영동(Isotachophoresis) 등을 들 수 있다. In addition to gel electrophoresis, electrophoresis may include capillary electrophoresis, isoelectric focusing electrophoresis, and isotachophoresis.

모세관 전기영동(Capillary electrophoresis)의 경우 모세관에 의해 분자의 크기에 따른 분리가 이루어지며 검출기를 이용하여 측정할 수 있다. 모세관 전기영동법을 이용한 분리는 내경이 25-75 ㎛ 정도의 캐필러리를 이용하며, 전기영동적 현상인 전기삼투적 흐름(Electrto Osmotic Flow)에 의해서 이론단수 10 만 이상의 높은 효율을 얻을 수 있다. 모세관 전기영동은 높은 효율, 빠른 분석시간, 적은 시료소요량과 전하에 관계없이 모든 용질을 동시 분석할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 생물학적 거대 분자, 아미노산, 키랄약품, 단백질, 탄수화물 등의 분석에 많이 이용되고 있다. 모세관 벽은 폴리아크릴아마이드, 폴리(비닐-피롤리딘온) 등과 같은 비활성 물질로 변형시키거나 코팅한다.In the case of capillary electrophoresis (capillary electrophoresis), the capillary separates according to the size of the molecule and can be measured using a detector. The capillary electrophoresis method utilizes a capillary with an inner diameter of 25-75 ㎛. Electr oto omotic flow, which is an electrophoretic phenomenon, achieves efficiency as high as over 100,000 theoretical. Capillary electrophoresis has the advantage of simultaneously analyzing all solutes, regardless of their high efficiency, fast assay time, low sample requirements and charge. Therefore, it is widely used for the analysis of biological macromolecules, amino acids, chiral drugs, proteins, carbohydrates and the like. The capillary walls are modified or coated with an inactive material such as polyacrylamide, poly (vinyl-pyrrolidone), and the like.

상기 등전 초점화 (Isoelectric focusing) 전기영동은 하전된 성분(예, 단백질)이 지지 물질 내의 특정 위치에 집속되는 것을 이용한다. 단백질의 구성성분인 아미노산은 수용액상에서 잔기별로 특별한 전하를 띤다. 따라서 이들 아미노산의 중합체인 단백질 역시 이들 아미노산으로부터 유래되는 전하들을 띠고 있다. 이들 전하는 수용액의 pH가 변화함에 따라 바뀌게 된다. 양성전하가 중성으로, 혹은 음성전하가 중성으로 바뀌게 된다. 따라서, 이들 단백질 혼합물을 pH 기울기(gradient)가 걸린 겔에 올려놓고 전기장을 걸어주면, 자신의 전하때문에 반대전하로 이동하게 되며, 이동함에 따라, pH가 변화하게 되고, 그에 따라 점차 중성전하로 이동하게 되며, 중성전하위치에서는 전체전하(net charge)가 0이므로 더 이상 이동을 못하고 멈추게 된다. IEF에서는 이 원리를 이용하여 단백질을 등전 포인트(Isoelectric Point) 별로 분리하게 된다.The isoelectric focusing electrophoresis utilizes that the charged component (e.g., protein) is focused at a specific location in the support material. The amino acid, a component of the protein, has a specific charge on each residue in the aqueous solution. Therefore, proteins that are polymers of these amino acids also have charges derived from these amino acids. These charges change as the pH of the aqueous solution changes. Positive charge is neutral, or negative charge is neutral. Therefore, when these protein mixtures are placed on a gel with a pH gradient and an electric field is applied, they move to opposite charges due to their charge. As they move, the pH changes, In the neutral charge position, since the net charge is zero, it stops moving and stops. IEF uses this principle to separate proteins by isoelectric point.

상기 등속 전기영동(Isotachophoresis)은 전해질 내에 대류성 전류를 제거하기 위한 지지 물질이 없다는 점에서 다른 전기영동 기법과 약간 다르다. 대신에 모세관 내에서 분리가 수행됨에 따라 확산은 줄어든다. 더구나 시료 구역들을 통과하는 완충이온들의 전기영동적 이동에 의해 야기되는 희석 효과들은 서로 아주 다른 두 완충 이온들을 사용함으로써 제거된다. 앞부분의 완충액은 시료 이온보다 더 빨리 움직이는 이온을 함유하며, 반면에 뒷부분의 완충액은 시료 이온보다 더 느리게 움직이는 이온을 함유하여, 완충 이온에 의한 시료 이온의 교란은 나타나지 않게 된다. 각 구역들은 자외선 흡수 또는 시료구역들 시스템을 통과할 때 전기장 내에 생기는 국부적 변화를 감응하는 potential  gradient 검출기로 검출된다. 이러한 기법은 작은 유기이온과 무기이온들, 예를 들면 폐수 내의 무기물들(NO3-, SO4 2-)또는 아미노산들, 포도주, 과일주스, 생리학적 시료내의 유기산들에 광범위하게 적용될 수 있다.The isotachophoresis is slightly different from other electrophoresis techniques in that there is no support material for removing the convective current in the electrolyte. Instead, diffusion is reduced as separation is performed in the capillary. Moreover, the dilution effects caused by the electrophoretic migration of buffer ions through the sample compartments are eliminated by using two buffer ions that are very different from each other. The buffer at the front contains ions that move faster than the sample ions, while the buffer at the back contains ions that move slower than the sample ions so that no disturbance of the sample ions by the buffer ions occurs. Each zone is detected by a potential gradient detector that is sensitive to local changes in the electric field as it passes through the ultraviolet absorption or sample zone systems. This technique may be widely applied to small organic ions and inorganic ions, for example the minerals in the effluent of (NO 3-, SO 4 2-) or an amino acid, wine, fruit juice, an organic acid in a physiological sample.

다만, 기존의 전기영동 장치를 그대로 적용하는 경우에는 전류의 전달을 위한 버퍼액에 의해 샘플 또는 분리된 타겟 생체분자가 희석될 수 있다. However, when the conventional electrophoresis apparatus is applied as it is, sample biomolecules sampled or separated by the buffer solution for current transfer can be diluted.

이에, 본 발명의 예시에서는 샘플 자체를 희석시키거나 분리된 타겟 생체분자를 희석시키지 않고 전류 인가시 버퍼챔버에서 발생하는 이온으로부터 샘플을 보호하기 위해 버퍼챔버와 샘플챔버를 분리한다. Thus, in the example of the present invention, the buffer chamber and the sample chamber are separated to protect the sample from ions generated in the buffer chamber upon application of electric current without diluting the sample itself or diluting the separated target biomolecule.

도 1 및 도 2에는 본 발명의 예에 따른 SAW 센서 디바이스가 모식적으로 도시되어 있다. 1 and 2 schematically show a SAW sensor device according to an example of the present invention.

먼저 도 1을 참조하면, 제1 챔버(10)와 제2 챔버(20) 사이에 채널(30)이 형성되어 있으며, 이는 전기영동 장치를 구성하고, 전기영동을 거친 샘플로부터 타겟 생체분자를 검출하기 위한 SAW 센서(100)가 포함되어 있다. 1, a channel 30 is formed between the first chamber 10 and the second chamber 20, which constitutes an electrophoresis apparatus, and detects a target biomolecule from a sample subjected to electrophoresis The SAW sensor 100 is included.

이러한 센서 디바이스는 1차적으로 전기영동을 통해 샘플로부터 타겟 생체분자와 유사한 크기를 갖는 생체분자를 분리하거나, 또는 타겟 생체분자와 현저히 다른 크기를 갖는 생체분자를 분리한다. 그런 다음 2차적으로 SAW 센서로 이동시키는 바, 전자의 경우 분리된 생체분자를 SAW 센서(100)로 이동시키고 후자의 경우 분리된 생체분자 이외의 생체분자를 SAW 센서(100)로 이동시킨다. Such a sensor device primarily separates a biomolecule having a size similar to that of the target biomolecule from the sample through electrophoresis or separates biomolecules having a size significantly different from that of the target biomolecule. Then, the biomolecules are transferred to the SAW sensor. In the former case, the separated biomolecules are transferred to the SAW sensor 100, and in the latter case, the biomolecules other than the separated biomolecules are transferred to the SAW sensor 100.

따라서, SAW 센서(100)에서 비특이적 결합에 의한 오류를 줄일 수 있고, 민감도 및 재현성을 높일 수 있으며 샘플 내 다량의 반응저해물 (Antibody 등)을 제거하여 SAW 센서 표면에서의 반응속도를 향상시켜 민감도(Sensitivity)를 향상시킬 수 있다. 또한, 타겟 생체분자의 분리를 위해 전기영동(Electrophoresis) 방식을 사용함으로써 분리에 의한 샘플의 손상 없이 순수한 샘플 분리가 가능하고, 값비싼 항체를 사용하지 않아 가격이 저렴하다. 또한, 분리 후 후속공정에서 타겟 생체분자의 재분리 공정이 필요하지 않으므로 SAW 센싱시 민감도 손실(Sensitivity loss)이 없어 높은 민감도를 가질 수 있고 공정이 간단하고 빠르게 분리가 가능하다. Accordingly, it is possible to reduce errors due to non-specific coupling in the SAW sensor 100, to increase the sensitivity and reproducibility, and to remove the large amount of reaction dirt (Antibody, etc.) in the sample to improve the reaction speed on the surface of the SAW sensor, The sensitivity can be improved. In addition, by using an electrophoresis method for separating target biomolecules, pure sample separation can be performed without damaging the sample due to separation, and the cost is low because no expensive antibody is used. In addition, since the re-separation process of the target biomolecule is not required in the subsequent process after the separation, there is no sensitivity loss at the time of SAW sensing, so that it is possible to have a high sensitivity and to separate the process easily and quickly.

제1 챔버(10) 및 제2 챔버(20)에는 각각 제1 버퍼액 및 제2 버퍼액이 함유되어 있고, 제1 전극(11)과 제2 전극(21)이 담겨 있다. The first chamber 10 and the second chamber 20 contain the first buffer solution and the second buffer solution, respectively, and the first electrode 11 and the second electrode 21 are contained.

채널(30)은 제1 및 제2 챔버(20) 사이를 연결한다. 상기 채널(30)은 영동용 겔로 충진된 겔 튜브이거나, 모세관일 수 있다. 모세관의 경우 영동용 겔로 충진되거나 충진되지 않은 것을 포함한다. 상기 영동용 겔의 성분 또는 모세관의 크기 등은 타겟 생체분자의 종류에 따라 달리 선택할 수 있다. 영동용 겔은 예를 들어, 아가로스 겔, 녹말 겔, 아크릴아미드 겔 등을 들 수 있으며, DNA나 RNA의 경우 주로 아가로오스(agarose)겔을 사용하고, 단백질의 경우 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide)겔을 주로 사용한다. The channel (30) connects between the first and second chambers (20). The channel 30 may be a gel tube filled with a gel for gel filtration, or may be a capillary. Capillaries include those that are filled with or not filled with a gel for gel filtration. The component of the gel or the size of the capillary may be selected depending on the type of the target biomolecule. Agarose gel, starch gel, acrylamide gel and the like can be used as the gel for the gel, and agarose gel is mainly used for the DNA or RNA, polyacrylamide is used for the protein, The gel is mainly used.

채널(30)은 1개 일 수도 있고, 복수 개일 수 있고, 복수 개의 채널(30)은 서로 동일할 수도 있고 다를 수도 있다. 복수 개의 채널(30)이 서로 다른 경우 분리율을 높이기 위하여 예를 들어 샘플의 종류, 채널(30)의 크기, 채널(30)의 길이, 겔의 성분(종류), 겔의 농도(함유율), 및 채널(30)의 코팅물질 중에서 선택된 1 이상이 서로 다르게 이루어질 수 있다. 샘플의 종류가 다르다는 것은 각 채널(30)에 유입되는 샘플이 서로 다른 것을 의미한다. 채널(30)이 모세관인 경우 모세관의 크기, 내부코팅, 길이 등의 특징이 다르게 구성하거나, 내부에 겔을 충진한 경우 겔의 성분을 다르게 할 수도 있다. 복수 개의 채널(30)들은 어레이 또는 카트리지의 형태로 포함될 수 있다. The number of the channels 30 may be one or plural, and the plurality of the channels 30 may be the same or different. In the case where the plurality of channels 30 are different from each other, for example, the kind of the sample, the size of the channel 30, the length of the channel 30, the component (kind) One or more selected from the coating materials of the channel 30 may be made different from each other. A different kind of sample means that the sample flowing into each channel 30 is different. When the channel 30 is a capillary, characteristics such as capillary size, inner coating, length, etc. may be configured differently, or the gel may have different components when the gel is filled therein. The plurality of channels 30 may be included in the form of an array or a cartridge.

상기 채널(30)의 입구 측인 제1 챔버(10)와 채널(30) 사이에는 샘플이 로딩되는 샘플챔버(60)가 있다. 채널(30)의 출구 측인 채널(30)과 제2 챔버(20) 사이에는 채널(30)을 통과한 생체분자가 이송되는 제3 챔버(70)가 있다. 이에, 샘플 챔버(60)에 샘플을 로딩하고 전기를 흘려주면 샘플 내 생체분자가 채널(30)로 이동한다. 또한, 채널(30)을 통과한 생체분자는 제3 챔버(70)로 이동하게 된다. Between the first chamber 10 and the channel 30, which is the inlet side of the channel 30, there is a sample chamber 60 in which a sample is loaded. A third chamber 70 through which the biomolecules passing through the channel 30 are transferred is provided between the channel 30 and the second chamber 20 at the outlet of the channel 30. Thus, when a sample is loaded into the sample chamber 60 and electric power is supplied, the biomolecules in the sample move to the channel 30. In addition, the biomolecules passing through the channel 30 move to the third chamber 70.

상기 제1 챔버(10) 또는 제2 챔버(20)에 있어서 채널(30) 측 단부에는 버퍼챔버(10,20)로부터 버퍼액이 흘러나오는 것을 차단하는 차단벽(40,50)이 형성되어 있다. 차단벽은 샘플시료의 희석을 방지하기 위한 것으로서, SAW 센서(100)로 희석된 샘플시료가 유입되지 않도록 적어도 제2 챔버(20)에서 채널(30) 측 단부에 형성되고, 제1챔버(10) 측 단부에도 형성될 수 있다. 즉, 샘플 챔버(60)를 버퍼챔버(제1 챔버(10))와 분리하기 위해 제1 차단벽(40)이 형성되어 있고, 채널(30)을 통과한 생체분자들이 이송되는 제3 챔버(70)와 버퍼챔버(제2 챔버, 20) 사이에도 제2 차단벽(50)이 형성되어 있다. 이와 같이 차단벽(40,50)을 형성함에 따라 버퍼액에 의해 샘플 자체가 희석되거나 분리된 타겟 생체분자가 희석되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전기영동을 위한 전류 인가시 버퍼챔버에서 발생하는 이온으로부터 샘플을 보호할 수 있다. At the end of the first chamber 10 or the second chamber 20 on the side of the channel 30, blocking walls 40 and 50 for blocking the flow of the buffer solution from the buffer chambers 10 and 20 are formed . The blocking wall is for preventing the dilution of the sample sample and is formed at least at the side of the channel 30 side in the second chamber 20 so that the sample sample diluted with the SAW sensor 100 is not introduced, As shown in Fig. That is, a first blocking wall 40 is formed to separate the sample chamber 60 from the buffer chamber (the first chamber 10), and a third chamber (not shown) through which the biomolecules passing through the channel 30 are transported 70 and the buffer chamber (second chamber 20). By forming the blocking walls 40 and 50 in this way, the buffer solution can prevent the dilution of the sample itself or dilution of the target biomolecules separated. In addition, the sample can be protected from ions generated in the buffer chamber upon application of current for electrophoresis.

상기 차단벽(40,50)은 전류는 통과시키지만, 버퍼액으로부터 발생하는 이온 및/또는 기체는 통과시키지 않는 특성을 갖는 것일 수 있다. 예를 들어 전기는 통과시키나 수소 이온 및 수산화 이온 및/또는 기체는 통과시키지 못하는 특성을 갖는 것이다. 상기 차단벽(40,50)은 구체적으로, NafionTM (Dupont 사), DowexTM (Aldrich), DiaionTM (Aldrich) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. The blocking walls 40 and 50 may be those having current passing therethrough but not passing ions and / or gas arising from the buffer solution. For example, electricity, but not hydrogen ions and hydroxide ions and / or gases. Specifically, the barrier walls 40 and 50 may include, but are not limited to, Nafion (Dupont), Dowex (Aldrich), and Diaion (Aldrich).

이러한 구조에서 채널(30)의 양 측에 위치하는 전극(11,21)들에 의해 전기장이 형성되는 바, 전하를 띤 입자가 전기장 내에 있는 매질인 채널(30)을 통과하여 그 크기, 성질에 따라 분리된다. 생체분자를 분리하는 과정을 예시적으로 살펴본다. 제1 버퍼액을 양극, 제2 버퍼액을 음극으로 하여 양 전극에 전압을 가하면, 양 버퍼액 사이에는 채널(30)의 겔 또는 모세관을 통하여 전압차가 발생하게 된다. 이 전압차에 의해 샘플 중 양전하를 띤 물질은 음극을 띠는 제2 버퍼액 방향으로 이동하게 되고, 음전하를 띈 물질은 반대 방향으로 이동한다. 이 때, 샘플시료 중의 각 생체분자는 분자량 등과 같은 특성에 따라 물질의 이동속도가 달라지므로 서로 분리되게 된다. In this structure, an electric field is formed by the electrodes 11 and 21 located on both sides of the channel 30. The charged particles pass through the channel 30, which is a medium in the electric field, Respectively. The process of separating biomolecules will be exemplified. When a voltage is applied to both electrodes with the first buffer solution as a positive electrode and the second buffer solution as a negative electrode, a voltage difference is generated between the both buffer solutions through the gel or capillary of the channel 30. [ Due to this voltage difference, a substance positively charged in the sample is moved in the direction of the second buffer solution which surrounds the cathode, and a substance having negative charge moves in the opposite direction. At this time, each biomolecule in the sample sample is separated from each other because the moving speed of the substance varies depending on characteristics such as molecular weight and the like.

이러한 전기영동을 통해 타겟 생체분자와 SAW 센서(100) 표면 리셉터와의 결합을 방해할 수 있는 생체분자를 샘플로부터 미리 분리하여 SAW 센서(100)의 검출 감도를 높이고자 한다. Through this electrophoresis, the biomolecules capable of interfering with binding of the target biomolecules to the surface receptor of the SAW sensor 100 are separated from the sample in advance to enhance the detection sensitivity of the SAW sensor 100.

일 예에서, 리셉터와 타겟 바이오분자의 크기가 현저히 차이나고, 샘플 내에 리셉터와 유사한 크기를 갖는 생체분자가 포함되어 있는 경우 이를 분리, 제거할 수 있다. 또는, 타겟 생체분자와 현저히 차이나는 크기를 갖는 생체분자를 제외한 생체분자들이 SAW 센서로 이동될 수 있다. 예를 들어, 타겟 생체분자의 크기에 비해 약 ±500%, ±400%, ±300%, ±200%, 또는 ±100%의 크기를 갖는 생체분자들은 SAW 센서로 이동시키지 않을 수 있으나, 상기 수치에 한정되지 않는다.In one example, if the size of the receptor and the target biomolecule are significantly different and biomolecules having a size similar to that of the receptor are included in the sample, they can be separated and removed. Alternatively, biomolecules other than biomolecules having a size that is significantly different from the target biomolecules can be transferred to the SAW sensor. For example, biomolecules having a size of about ± 500%, ± 400%, ± 300%, ± 200%, or ± 100% relative to the size of the target biomolecule may not be transferred to the SAW sensor, .

또 다른 예에서, 타겟 생체분자와 유사한 크기를 갖는 생체분자들을 분리하여 SAW 센서로 이동시킬 수도 있다. 예를 들어, 타겟 생체분자의 크기에 비해 약 ±50%, ±40%, ±30%, ±20%, 또는 ±10% 의 크기를 갖는 생체분자들 만을 SAW 센서 디바이스로 이동할 수 있으며, 상기 수치에 한정되지 않는다. In another example, biomolecules having a size similar to that of the target biomolecule may be separated and transferred to the SAW sensor. For example, only biomolecules having a size of about ± 50%, ± 40%, ± 30%, ± 20%, or ± 10% of the size of the target biomolecule can be transferred to the SAW sensor device, .

생체분자들 중 타겟 생체분자의 크기와 크기가 현저히 다른 생체분자들은 제3 챔버(70)로부터 SAW 센서(100)로 이동하지 않으며 폐기되어야 한다. 이에, 도 1 및 도 2를 참조하면, 제3 챔버(70)에서 SAW 센서(100)가 연결되지 않은 방향에는 폐기 챔버(90)가 연결되어 있을 수 있다. 예를 들어, 제3 챔버(70)와 폐기 챔버(90)는 상부채널(81), 제3 챔버(70)와 SAW 센서는 하부채널(82)에 의해 각각 연결되어 있다. 폐기 챔버(90)에는 분리 제거된 생체분자가 이동되는 바, 예를 들어 타겟 바이오분자와 타겟 생체분자와 유사한 크기를 갖는 생체분자를 제외한 생체분자 또는 현저히 다른 크기를 갖는 생체분자가 이동된다. The biomolecules of the target biomolecules that are significantly different in size and size from the third chamber 70 should not be transferred to the SAW sensor 100 and should be discarded. 1 and 2, the waste chamber 90 may be connected to the third chamber 70 in a direction in which the SAW sensor 100 is not connected. For example, the third chamber 70 and the waste chamber 90 are connected to the upper channel 81, the third chamber 70 and the SAW sensor are connected to the lower channel 82, respectively. Removed biomolecules move to the waste chamber 90, for example, biomolecules other than biomolecules having a size similar to that of a target biomolecule and a target biomolecule, or biomolecules having a remarkably different size are moved.

상기 제3 챔버(70)는 SAW 센서(100)와 연결되어 있다. 상기 제3 챔버(70)에 생체분자가 도달하면 이를 감지하여 SAW 디바이스(100) 또는 폐기 챔버(90)로 이동시킬지 여부를 결정해야 하므로, 생체분자를 감지할 수 있는 전기센서(미도시)가 장착될 수도 있다. 전기센서는 한 개 또는 복수 개일 수 있다. 전기센서는 예를 들어, 채널(30)과 대면하는 면에만 형성될 수도 있고, 상부채널(81)에 대면하는 면 및 하부채널(82)에 대면하는 면에 각각 형성될 수 있다. The third chamber 70 is connected to the SAW sensor 100. When the biomolecule reaches the third chamber 70, it is required to detect whether the biomolecule reaches the SAW device 100 or the waste chamber 90. Accordingly, an electric sensor (not shown) . The electric sensors may be one or more. The electric sensor may be formed only on the surface facing the channel 30, for example, and on the surface facing the upper channel 81 and the surface facing the lower channel 82, respectively.

상기 상부채널(81) 및/또는 하부채널(82)에는 생체분자의 이동을 위한 이송력을 제공하기 위해 펌프(301,302)가 장착되어 있다. 상기 펌프(301,302)는 양압/음압의 형태에 따라서 압력을 가압 혹은 감압시킨다.Pumps (301, 302) are mounted on the upper channel (81) and / or the lower channel (82) to provide a transfer force for movement of biomolecules. The pumps 301 and 302 pressurize or depressurize the pressure depending on the type of the positive pressure / negative pressure.

도 3 및 4에는 본 발명의 예에 따른 SAW 센서를 이용하여 타겟 생체분자를 검출하는 과정이 모식적으로 도시되어 있다. 이들 도면에서 도 1에 대응하는 요소는 지시선 및 지시부호를 생략한다. FIGS. 3 and 4 schematically show a process of detecting a target biomolecule using a SAW sensor according to an example of the present invention. In these drawings, the elements corresponding to those in Fig. 1 omit the leader line and the indicating sign.

먼저, 도 1 및 도 3을 참조하면, 타겟 생체분자가 상대적으로 크기가 작은 경우 검출과정을 나타낸다. 샘플 챔버(60)에 타겟 생체분자(200)가 포함된 샘플을 로딩하고, 제1 및 제2 버퍼챔버(10,20)에 버퍼액을 채운다(S1). 제1 및 제2 버퍼챔버(10,20) 내에 전극(11,21)을 통해 전류를 흘려주면 전기영동에 의해 채널(31) 내에서 크기에 따른 분리가 이루어진다(S2). 크기가 작은 생체분자는 빨리 채널(30)의 타 단부로 이동하는 바, 제3 챔버(70)에 타겟 생체분자(200)의 크기에 대응하는 샘플들이 도달하면 전류를 차단하여 타겟 생체분자(200)를 격리한다(S3). 격리된 샘플을 하부 채널(82)을 통해 SAW 센서(100)로 이동시킨다(S4). SAW 센서(100)의 표면에는 타겟 리셉터(300)가 결합되어 있다.First, referring to FIGS. 1 and 3, a detection process is performed when a target biomolecule is relatively small in size. A sample containing the target biomolecule 200 is loaded into the sample chamber 60 and the buffer solution is filled in the first and second buffer chambers 10 and 20 (S1). When a current is supplied through the electrodes 11 and 21 in the first and second buffer chambers 10 and 20, separation is performed according to the size in the channel 31 by electrophoresis (S2). When a sample corresponding to the size of the target biomolecule 200 arrives at the third chamber 70, the biomolecule 200 moves to the other end of the channel 30, (S3). The isolated sample is moved to the SAW sensor 100 through the lower channel 82 (S4). A target receptor 300 is coupled to the surface of the SAW sensor 100.

또한, 도 1 및 도 4를 참조하면 크기가 큰 타겟 생체분자의 검출을 위한 센서의 작동이 모식적으로 도시되어 있다. 상기 도 3과 달리 사이즈가 작은 생체분자들이 제3 챔버(70)에 도달하면 전류를 차단하고(S2), 상부채널(81)로 이동시킨다(S3). 이와 같이, 작은 크기의 생체분자들을 제거한 후 다시 전류를 걸어주어 큰 크기의 타겟 생체분자들(200)이 제3 챔버(70)에 도달하면, 전류를 차단하고, 하부채널을 통해 SAW 센서(100)로 이동시킨다(S4). 1 and 4, the operation of the sensor for detecting a large target biomolecule is schematically shown. Unlike FIG. 3, when the biomolecules having a small size reach the third chamber 70, the current is blocked (S2) and moved to the upper channel 81 (S3). When the large-sized target biomolecules 200 reach the third chamber 70 after the small-sized biomolecules are removed and the current is applied again, the current is shut off and the SAW sensor 100 (S4).

SAW 센서(100)는 센서 표면에서 분자간 상호작용에 의해 야기되는 미세한 질량의 변화를 주파수의 변화 (frequency shift, phase shift 등)로 전환하여 검출할 수 있다. The SAW sensor 100 can detect changes in minute mass caused by intermolecular interaction on the surface of the sensor by changing the frequency (frequency shift, phase shift, etc.).

SAW 센서(100)는 질량을 갖는 모든 물질의 검출에 사용할 수 있으며, 리셉터 물질(300)이 센서 표면상에 특이적으로 결합하여 센서의 표면 질량이 변화하고 이는 센서의 시그널 변화를 유발하여 타겟 물질의 존부, 함량을 진단할 수 있다. The SAW sensor 100 can be used to detect all materials with a mass and the receptor material 300 specifically binds on the sensor surface to change the surface mass of the sensor which causes a signal change in the sensor, And the content and the content of the compound can be diagnosed.

도 5에는 본 발명의 일 예에 따른 SAW 센서(100)가 모식적으로 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, SAW 센서(100)는 압전성 기판(110); 상기 기판 상에 형성된 한 쌍의 IDT(Inter-digital Transducer) 전극(121, 122); 및 상기 IDT 전극(121, 122)을 덮도록 상기 압전성 기판(110) 상에 형성되어 있고, 검출 대상물질 또는 검출 대상물질과 결합하는 리셉터(도 2의 300 참조)와 결합하는 반응막(130)으로 이루어져 있다. FIG. 5 schematically shows a SAW sensor 100 according to an example of the present invention. Referring to FIG. 5, the SAW sensor 100 includes a piezoelectric substrate 110; A pair of IDTs (Inter-Digital Transducer) electrodes 121 and 122 formed on the substrate; And a reaction film 130 formed on the piezoelectric substrate 110 to cover the IDT electrodes 121 and 122 and coupled to a receptor (see 300 in FIG. 2) Lt; / RTI >

상기 리셉터(300)는 타겟 생체분자와 특이적으로 결합하는 물질이다. 예를 들어, 항체 등을 들 수 있다. The receptor 300 is a substance that specifically binds to a target biomolecule. For example, antibodies and the like can be mentioned.

상기 기판(110)을 이루는 압전성 물질은 기계적 신호의 인가시 전기적 특성이 변화되거나(압전효과), 전기적 신호의 인가시 기계적 신호가 생기는(역압전효과) 재료이다. 예를 들어, 니오브산 리튬(예; LiNbO3), 탄탈산 리튬(예; LiTaO3), 사붕소산 리튬(Li2B4O7), 티탄산바륨(BaTiO3), PbZrO3, PbTiO3, PZT, ZnO, GaAs, 석영(Quartz), 니오브산염 등을 들 수 있다. The piezoelectric material constituting the substrate 110 is a material in which electrical characteristics are changed (piezoelectric effect) when a mechanical signal is applied or a mechanical signal is generated (reverse piezoelectric effect) when an electrical signal is applied. For example, lithium niobate (eg; LiNbO 3), lithium tantalate (eg; LiTaO 3), sabung dissipation lithium (Li 2 B 4 O 7) , barium titanate (BaTiO 3), PbZrO 3, PbTiO 3, PZT , ZnO, GaAs, quartz, niobate, and the like.

기판(110)은 리셉터를 결합하기 위해 리셉터와 결합이 가능한 물질, 자기조립박막(self-assembled monolayer, SAM)을 형성할 수 있는 물질 등으로 표면처리할 수 있다. Substrate 110 may be surface treated with a material capable of engaging the receptor to join the receptor, a material capable of forming a self-assembled monolayer (SAM), and the like.

상기 IDT 전극(120)은 전기회로와 음파 지연선(acoustic delay line) 간의 인터페이스이다. 이러한 IDT 전극(120)은 한 쌍(121, 122)으로 이루어져 있을 수 있다. 상기 한 쌍의 IDT(121, 122)에서 하나의 IDT(121)는 인가된 시그널에 의해 표면 탄성파를 발생시키는 바, 이를 '입력(input) IDT(121)' 또는 '송신기(transmitter)' 라고 한다. 이때 발생된 표면 탄성파는 기판 표면을 따라 적절한 주파수로 팽창과 압축으로 다른 하나의 IDT(122)에 전달되어 역압전 효과에 의해 전기적 신호로 변환된다. 이 두 번째 IDT를 '출력(output) IDT(122)' 또는 '수신기(receiver)'라고 한다. The IDT electrode 120 is an interface between an electric circuit and an acoustic delay line. The IDT electrodes 120 may include a pair of IDT electrodes 121 and 122. One IDT 121 in the pair of IDTs 121 and 122 generates a surface acoustic wave by an applied signal and is called an input IDT 121 or a transmitter . At this time, the generated surface acoustic wave is transmitted to the other IDT 122 by expansion and compression at an appropriate frequency along the surface of the substrate, and is converted into an electrical signal by an inverse piezoelectric effect. This second IDT is referred to as an 'output IDT 122' or a 'receiver'.

상기 IDT 전극(120)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다. 상기 알루미늄 합금은 Al을 주성분으로 하고, Ti, Si, Cr, W, Fe, Ni, Co, Pb, Nb, Ta, Zn, V중 1종 이상을 포함할 수 있다. The IDT electrode 120 may be made of aluminum or an aluminum alloy. The aluminum alloy may contain at least one of Ti, Si, Cr, W, Fe, Ni, Co, Pb, Nb, Ta, Zn and V with Al as a main component.

SAW 센서(100)의 구동원리를 예시적으로 살펴보면, 전기적 시그널이 입력 IDT 전극(121)을 거치면서 기계적인 파동을 만든다. 이 파동은 SAW 센서 표면의 반응막(130)에 포함된 리셉터와 대상물질이 결합함으로써 물리적, 화학적, 전기적 반응에 의해 변화된다. 즉, SAW 센서(100)의 출력 신호의 중심 주파수, 위상 또는 신호 크기 등이 달라지게 된다. 이에, 시그널의 변화를 관찰함으로써 SAW 센서에 타겟 생체분자(200)가 결합되었음을 감지할 수 있으며, 나아가 대상물질을 정성적 및 정량적으로 분석할 수 있다. The driving principle of the SAW sensor 100 will be described in detail. An electrical signal passes through the input IDT electrode 121 to generate a mechanical wave. This wave is changed by physical, chemical, and electrical reactions by combining the receptor and the substance contained in the reaction film 130 on the surface of the SAW sensor. That is, the center frequency, phase, or signal size of the output signal of the SAW sensor 100 is changed. By observing the change of the signal, it is possible to detect that the target biomolecule 200 is coupled to the SAW sensor, and furthermore, the target substance can be analyzed qualitatively and quantitatively.

반응막(130)에 리셉터(200)가 결합되어 있고, 선택적 결합반응에 의해 타겟 생체분자(200)가 결합됨으로써 중량이 변화되면 IDT(121)에 의하여 여진되는 SAW의 전단 속도가 변화하고, 이것을 수신 이용하는 IDT(122)이 발진 주파수의 변화를 측정함에 따라 정밀하게 검출할 수 있다. The receptor 200 is coupled to the reaction membrane 130 and the shear rate of the SAW excited by the IDT 121 changes when the weight of the target biomolecule 200 is coupled by the selective binding reaction, It is possible to precisely detect the change in the oscillation frequency as the IDT 122 used for reception measures it.

타겟target 생체분자의 검출방법 Method for detecting biomolecules

샘플 내 존재하는 다양하 생체분자들 중 타겟 생체분자를 검출하는 방법을 제공한다. A method for detecting a target biomolecule among various biomolecules present in a sample is provided.

하나의 예에서, 샘플로부터 타겟 생체분자와 동일 또는 유사한 크기를 갖는 생체분자를 분리하거나, 또는 타겟 생체분자와 현저히 다른 크기를 갖는 생체분자를 제외한 생체분자를 분리하는 단계, 및 분리된 생체분자들을 타겟 생체분자에 특이적으로 결합하는 리셉터가 부착된 SAW 센서 표면의 반응부에 반응시키는 단계를 포함한다. In one example, separating a biomolecule having the same or similar size as a target biomolecule from a sample, or separating a biomolecule other than a biomolecule having a size significantly different from that of the target biomolecule, To a reaction part of a SAW sensor surface to which a receptor specifically binding to a target biomolecule is attached.

이러한 방법에 따르면 샘플 내 존재하는 다양한 생체분자들을 일차적으로 크기에 따라 분리한 후 타겟 생체분자와 대략 유사한 크기를 갖는 생체분자들 또는 타겟 생체분자와 현저히 크기 차이가 있는 생체분자를 제외한 생체분자들을 대상으로 SAW 센서에 의해 리셉터와의 반응여부를 검출한다. 따라서, 비특이적 결합에 의한 오류를 줄일 수 있고, 민감도 및 재현성을 높일 수 있으며 샘플 내 다량의 반응저해물 (Antibody 등)을 제거하여 SAW 센서 디바이스 표면에서의 반응속도를 향상시켜 민감도(Sensitivity)를 향상시킬 수 있다.According to this method, various biomolecules existing in the sample are firstly separated according to their sizes, and biomolecules having a size substantially similar to that of the target biomolecules or biomolecules other than biomolecules having a remarkable size difference from the target biomolecules And detects whether or not the reaction with the receptor is performed by the SAW sensor. Therefore, it is possible to reduce errors due to nonspecific binding, increase sensitivity and reproducibility, and improve response speed on SAW sensor device surface by removing a large amount of reaction dirt (Antibody, etc.) in the sample to improve sensitivity .

상기 생체분자들을 크기 별로 분리하는 단계는 전기영동법에 의해 수행될 수 있다. 상기 전기영동법을 통해 생체분자를 분리하는 과정에서 샘플이 버퍼액에 의해 희석되거나 전류 유입에 의한 pH 변화에 의해 변성되는 것을 방지할 필요가 있다. 이에, 앞서 상술한 SAW 센서를 이용할 수 있다. The step of separating the biomolecules by size may be performed by an electrophoresis method. It is necessary to prevent the sample from being diluted by the buffer solution or denatured by the pH change due to the current inflow in the process of separating biomolecules through the electrophoresis method. Therefore, the above-described SAW sensor can be used.

상기 분리된 생체분자들은 타겟 생체분자와 크기가 유사한 것으로서 예를 들어, 타겟 생체분자의 크기 대비 약 ±50%, ±40%, ±30%, ±20%, 또는 ±10%의 크기를 갖는 생체분자일 수 있다. The separated biomolecules are similar in size to the target biomolecules. For example, the separated biomolecules have a size of about ± 50%, ± 40%, ± 30%, ± 20%, or ± 10% Lt; / RTI >

분리된 생체분자들은 타겟 생체분자의 크기에 비해 현저한 크기 차이가 나는 생체분자를 제외한 것일 수 있다. 예를 들어, 타겟 생체분자의 크기 대비 약 ±500%, ±400%, ±300%, ±200%, 또는 ±100%의 크기를 갖는 생체분자들을 제외한 생체분자일 수 있다.
The separated biomolecules may be excluded from the biomolecules that have a significant difference in size compared to the size of the target biomolecule. For example, biomolecules other than biomolecules having a size of about ± 500%, ± 400%, ± 300%, ± 200%, or ± 100% of the size of the target biomolecule.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.

Claims (10)

제1전극 및 제1 버퍼액을 포함하는 제1 챔버, 제2전극 및 제2 버퍼액을 포함하는 제2 챔버, 상기 제1 챔버 및 제2 챔버를 연결하는 채널, 상기 채널의 입구측에 위치하는 샘플 챔버, 및 상기 채널의 출구 측에 위치하고 상기 채널을 통과한 생체분자가 경유하는 제3 챔버를 포함하고, 전기영동 방식을 이용하여 타겟 생체분자를 분리하는 분리요소; 및
상기 타겟 생체분자에 특이적으로 결합하는 리셉터가 부착된 표면탄성파('SAW') 센서를 포함하는, 타겟 생체분자의 분리요소를 포함하는 표면탄성파 센서 디바이스.
A second chamber including a first electrode, a first electrode and a first buffer solution, a second electrode including a second electrode and a second buffer solution, a channel connecting the first chamber and the second chamber, A separation chamber for separating the target biomolecule by using an electrophoresis method, the separation chamber comprising: a sample chamber which is located at an outlet side of the channel and through which a biomolecule passed through the channel passes; And
And a surface acoustic wave ('SAW') sensor having a receptor that specifically binds to the target biomolecule.
제 1 항에 있어서,
상기 전기영동은 겔 전기영동, 모세관 전기영동, 등전 초점화 (Isoelectric focusing) 전기영동, 및 등속 전기영동(Isotachophoresis)으로 이루어진 군에서 선택되는, 표면탄성파 센서 디바이스.
The method according to claim 1,
Wherein the electrophoresis is selected from the group consisting of gel electrophoresis, capillary electrophoresis, isoelectric focusing electrophoresis, and isotachophoresis.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제3 챔버의 상, 하단에 폐기 챔버가 위치하는 상부채널 및 SAW 센서가 위치하는 하부채널이 형성되고, 상기 상부채널 및 하부채널 중 적어도 하나의 단부에는 펌프가 위치하는, 표면탄성파 센서 디바이스.
The method according to claim 1,
An upper channel having a waste chamber disposed at upper and lower ends of the third chamber, and a lower channel having a SAW sensor disposed thereon, and a pump is disposed at an end of at least one of the upper channel and the lower channel.
제 1 항에 있어서,
상기 채널은 1 또는 복수 개이고, 영동용 겔로 충진된 겔 튜브이거나, 모세관인, 표면탄성파 센서 디바이스.
The method according to claim 1,
Wherein the channel is one or a plurality of gel tubes filled with a gel for migration or capillary.
제 5 항에 있어서,
샘플의 종류, 채널의 크기, 채널의 길이, 겔의 성분, 겔의 농도, 및 채널의 코팅물질 중에서 선택된 1 이상이 서로 다른 채널을 포함하는, 표면탄성파 센서 디바이스.
6. The method of claim 5,
Wherein the at least one selected from the type of the sample, the size of the channel, the length of the channel, the composition of the gel, the concentration of the gel, and the coating material of the channel comprise different channels.
제 1 항에 있어서,
상기 제3 챔버에 생체분자를 감지하는 전기센서가 위치하는, 표면탄성파 센서 디바이스.
The method according to claim 1,
And an electric sensor for sensing biomolecules is located in the third chamber.
삭제delete 삭제delete 삭제delete
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